VDI 2462 Blatt 2-2011 Measurement of gaseous emissions - Determination of sulphur trioxide in water vapour containing exhaust gas - Condensation method.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMessen gasfrmiger EmissionenBestimmung von Schwefeltrioxid in wasserdampfhaltigen AbgasenKondensationsverfahrenMeasurement of gaseous emissionsDetermination of sulphur trioxide in water vapour containing exhaust gasCondensation methodVDI 2462Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/en

2、glischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 5: Analysen- und Messverfahren IIVDI-RICHTLINIENZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin Alle Rechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2011Vervielfltigung auchfr innerbet

3、rieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.20 November 2011The draft of this

4、guideline has been subject to public scrutinyafter announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Gerte, Betriebsmittel und Zubehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.1 Gerte und Betriebsmittel fr die Probennahme. . . . . . . . .

6、 . . . . 33.2 Gerte und Chemikalien fr die Probenaufbereitung . . . . . . . . . 63.3 Gerte und Chemikalien fr die Analyse . . 64 Probennahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2 Probennahmeapparatur . . . . . . . . . . . 74.3 Vorbereitung . . .

7、. . . . . . . . . . . . . . 84.4 Durchfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . 84.5 Probenaufbereitung . . . . . . . . . . . . . 95 Analytische Bestimmung. . . . . . . . . . . . 105.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.2 Ionenchromatografisches Verfahren. . . . . 105.3 Titrimetrisches V

8、erfahren (Thorin-Verfahren). . . . . . . . . . . . . . 126 Strungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Verfahrenskenngren . . . . . . . . . . . . . 13Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Contents SeitePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction .

9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Apparatus, operating materials and accessories . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.1 Apparatus and operating materials for sampling . . . . . . . .

10、. . . . 33.2 Apparatus and reagents for sample preparation . . . . . . . . . . . . 63.3 Apparatus and reagents for analysis . . . . . 64 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2 Sampling apparatus. . . . . . . . . . . . . . 74.3 Pre

11、paration . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.4 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.5 Sample preparation . . . . . . . . . . . . . . 95 Analytical Determination . . . . . . . . . . . . 105.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.2 Ion chromatographic method. . . . . .

12、. . . 105.3 Titration method (Thorin method) . . . . . . . . . . . . . . . 126 Interferences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Performance characteristics . . . . . . . . . . 13Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15FrhereAusgabe: 06.10, Entwurf, deutschFormeredition: 06/10

13、, Draft, in German onlyKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltmesstechnikB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 2 VDI 2462 Blatt 2 / Part 2VorbemerkungD

14、er Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere das des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI

15、-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechtes und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungDie Emission von Schwefeloxiden

16、 (SOx), insbeson-dere aus Verbrennungsprozessen, fhrt trotz des Ein-satzes moderner Abgasreinigungstechniken zu einemnicht zu vernachlssigenden Emissionspotenzial. Beider Zusammensetzung der emittierten Schwefeloxidedominiert im Allgemeinen Schwefeldioxid (SO2).Gleichwohl ist Schwefeltrioxid (SO3) v

17、orrangigbeim Einsatz schwefelreicherer Brennstoffe alsEmissionskomponente von Bedeutung. Administra-tive Regelungen, z.B. 13. BImSchV, 17. BImSchVund TA Luft, fordern deshalb die Bestimmung desSummenparameters SOx.Fr die Komponente Schwefeldioxid sind berwie-gend kontinuierlich arbeitende Messeinric

18、htungenim Einsatz, die mithilfe des Standardreferenzverfah-rens DIN EN 14791 kalibriert werden.Die Komponente Schwefeltrioxid wurde bisher mitdem 2-Propanol-Verfahren nach VDI 2462 Blatt 7sowie dem sogenannten Shell-Verfahren“ 1 oderdavon abgeleiteten Hausverfahren bestimmt. Da sichdas Verfahren nac

19、h VDI 2462 Blatt 7 in der Praxisnicht bewhrt hat, wurde die Richtlinie zurckgezo-gen. Vergleichsmessungen haben gezeigt, dass diesesVerfahren zu hohe Werte liefert.In dieser Richtlinie wird ein manuelles Messverfah-ren beschrieben, mit dem Schwefeltrioxid ber einespezielle Probennahme bestimmt wird.

20、 Dabei wirdSchwefeltrioxid in einem als SO3-Abscheide-vorrichtung wirkenden temperierten Schlangenkh-ler (SO3-Sammler“) als H2SO4 abgeschieden. Nachdem Aussplen des SO3-Sammlers wird die erhaltenesulfathaltige Lsung titrimetrisch oder ionenchroma-tografisch analysiert.Preliminary noteThe content of

21、this guideline has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full text or o

22、f extracts.The use of this guideline without infringement ofcopyright is permitted subject to the licensing condi-tions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlin-ien.de).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionDespite the use of modern exhaus

23、t gas cleaning meth-ods, the emission of sulphur oxides (SOx), especiallyfrom combustion processes, still results in a signifi-cant potential for emissions which cannot be ignored.In the composition of the sulphur oxides emitted, it isgenerally sulphur dioxide (SO2) which dominates.Sulphur trioxide

24、(SO3) is nevertheless significant asan emission component, especially when sulphur-rich fuels are used. Administrative regulations, suchas the 13th and 17th Federal Immission Control Ordi-nances BImSchV and the Technical Instructions onAir Quality Control TA Luft for this reason requirethe sum param

25、eter “total SOx” to be determined.The component sulphur dioxide is usually deter-mined with automated measuring systems which arecalibrated using the standard reference method DINEN 14791.Until now the component sulphur trioxide has beendetermined using the 2-propanol method accordingto guideline VD

26、I 2462 Part 7 and also the so-called“Shell method” 1 or by in-house methods derivedfrom these. Since the method described in VDI 2462Part 7 has not proved satisfactory in practice thisguideline has been withdrawn. Comparative meas-urements have shown that the values determinedwere too high.Guideline

27、 VDI 2462 Part 2 specifies a manual meas-urement method which uses a specific sampling tech-nique to collect sulphur trioxide. The target com-pound is deposited as H2SO4 in a temperature-con-trolled coiled-tube condenser (“SO3 collector”) act-ing as a SO3 separator. The SO3 collector is flushedout a

28、nd the resulting solution containing sulphate an-alyzed by titration or ion chromatography.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 VDI 2462 Blatt 2 / Part 2 3 Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter die

29、serRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/2462.1 AnwendungsbereichDas in dieser Richtlinie beschriebene manuelleMessverfahren erlaubt die Bestimmung der Massen-konzentration von gasfrmigem Schwefeltrioxid infeuchten Abgasen aus Verbrennungsprozessen undanderen industriellen Prozes

30、sen. Das im Abgas ent-haltene gasfrmige Schwefeltrioxid wird bei einerTemperatur im Bereich zwischen 80 C und 95 C ab-geschieden.Das Verfahren ist fr Konzentrationen bis ca. 50 mg/m3validiert. Fr trockene Abgase (z.B. Anlagen zur Her-stellung von Schwefelsure) ist das Verfahren nicht ge-eignet.Diese

31、s Verfahren ist ein Konventionsverfahren.2 GrundlagenEine reprsentative Abgasprobe wird dem Abgas-strom bei vorgegebener Probennahmedauer und ei-nem definierten Volumenstrom ber eine auf ca.250 C beheizte Entnahmesonde entnommen, filtriertund durch den SO3-Sammler (Kondensationsgef)geleitet. Mit der

32、 Beheizung auf 250 C wird sicherge-stellt, dass die Probengastemperatur hher ist als derSuretaupunkt und das SO3 somit am Einlass desKondensationsgefes gasfrmig vorliegt.Bei der im Sammler eingestellten Temperatur wirdSO3 als H2SO4 abgeschieden. Nach Beendigung derProbennahme wird der SO3-Sammler mi

33、t vollentsalz-tem Wasser ausgesplt. Die Sulfat-Massen-konzentration in der Probenlsung wird titrimetrischoder ionenchromatografisch bestimmt. Das Volumendes Abgases wird nach Trocknung mithilfe einerGasmengenmesseinrichtung bestimmt.3 Gerte, Betriebsmittel und Zubehr3.1 Gerte und Betriebsmittel fr d

34、ie ProbennahmeProbengasentnahmevorrichtungauf mindestens 250 C beheizbares Sttzrohr mit In-nenrohr aus Glas (Innendurchmesser max. 8 mm)und PartikelrckhaltesystemA catalogue of all available parts of this series ofguidelines can be accessed on the internet atwww.vdi.de/2462.1 ScopeThe manual measure

35、ment method specified in thisguideline can be used to determine the mass concen-tration of gaseous sulphur trioxide in moist exhaustgases from combustion processes and other industrialprocesses. The gaseous sulphur trioxide present in theexhaust gas is deposited as H2SO4 at a temperature inthe range

36、 between 80 C and 95 C.The method has been validated for concentrations upto approx. 50 mg/m3. The method is not suitable fordry exhaust gases (for example, sulphuric acid pro-duction plants).This method is a conventional method, i.e., it is nottraceable to a primary standard.2 FundamentalsA represe

37、ntative sample is taken from the exhaust gasflow over a specified sampling period and with a de-fined flow rate by means of a sampling probe heatedto approx. 250 C. The sample is filtered and passedthrough the SO3 collector (condensation vessel).Heating to 250 C ensures that the temperature of thega

38、s sample is higher than the acid dew point of the ex-haust gas and thus SO3 is gaseous at the inlet of thecondensation vessel.At the temperature set in the collector, SO3 is depos-ited as H2SO4. Once sampling has been completedthe SO3 collector is flushed out with fully deionizedwater. The mass conc

39、entration of sulphate in the sam-ple solution is determined by titration or ion chroma-tography. After drying, the volume of the exhaust gasis determined using a gas meter.3 Apparatus, operating materials and accessories3.1 Apparatus and operating materials for samplingGas sampling systema supportin

40、g tube which can be heated to at least250 C, with a glass inner tube (internal diametermax. 8 mm) and particle retention systemB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 4 VDI 2462 Blatt 2 / Part 2Filte

41、rzur Staubabscheidung (gestopfte Hlse, Planfilter),auf mindestens 250 C beheizt Anmerkung: Auch ein innerhalb des Abgaskanals (in-stack“) lie-gendes Filter muss beheizt werden, sofern die Abgastemperatur un-terhalb des Suretaupunkts liegt.Kondensationsgef (SO3-Sammler)Wendel aus Duranglas- oder Boro

42、silikatglasrohr (In-nendurchmesser des Rohres 3 mm, Wandstrke1 mm) mit mindestens acht Windungen (Auen-durchmesser der Wendel ca. 60 mm) in einem zylin-drischen Glaskrper; Anschlsse fr Zu- und Ablaufdes Heizmediums, Kugelschliff-Verbindungen anden messgasfhrenden AnschlssenBild 1 und Bild 2 zeigen B

43、eispiele fr geeigneteBauformen des Kondensationsgefes. Weitere Al-ternativen sind mglich: So kann z.B. der Auslass derWendel auch unten am Glaszylinder angeordnet sein.Die Wendelgeometrie ist jedoch streng einzuhalten.Auffanggefzum Auffangen der Probenlsung; passend fr denAuslass des Kondensationsge

44、fesThermostatUmlaufthermostat mit regelbarem Temperaturbe-reich bis mindestens 100 C, regelbar auf 2 C;Pumpleistung ausreichend fr mindestens 1 m Fr-derhheAnmerkung: Als Heizmedium wird eine Glykol-Wasser-Mi-schung empfohlen.Probengaspumpegasdicht, korrosionsgeschtzt, regelbar mit einer Fr-derleistu

45、ng von 4 l/min bis 10 l/minGasvolumenmessgertmit Thermometer; z. B. fr Volumenstrme von ca.10 l/minBarometerzum Messen des Luftdrucks am MessortSchlauchmaterialzum Verbinden der Komponenten der Probennahme-apparaturTrockenturmmit geeignetem Trockenmittel, z.B. Kieselgel mitFarbindikatorFilterfor dus

46、t separation (stuffed cartridge, plane filter),heated to at least 250 CNote: Even when a filter is positioned within the exhaust gas duct(“in-stack”) it still needs to be heated if the exhaust gas temperatureis below the acid dew point.Condensation vessel (SO3 collector)A spiral of Pyrex or borosili

47、cate glass tubing (tube in-ternal diameter 3 mm, wall thickness 1 mm) havingat least eight turns (external diameter of the spiral ap-prox. 60 mm), placed within a cylindrical glass con-tainer; connections for the heating medium inlet andoutlet, spherical ground-glass joints at the connec-tions carry

48、ing the sample gasFigure 1 and Figure 2 show examples of suitabledesigns for the condensation vessel. Other designsare possible: The spiral outlet, for example, couldalso be located at the bottom of the glass cylinder.Strict compliance with the dimensions of the spiral ishowever required.Collecting

49、vesselto catch the sample solution; of appropriate size forthe condensation vessel outletThermostatcirculation thermostat with temperature range adjust-able up to at least 100 C, accuracy of 2 C; pump-ing capacity sufficient for at least 1 m delivery headNote: A mixture of glycol and water is recommended as the hea-ting medium.Sample gas pumpgastight, corrosion-protected, adjustable, deliveryrate 4 l/min to 10 l/minGas volume meterwith thermomete